B. Dịng vi xử lý Pentium
3.1 Năng Cung cấp Thiết kế
Khi thiết kế các năng cung cấp cho 1 thấp điện áp hệ thống, các đặc điểm của mà hệ thống phải là thực hiện trong tài khoản. A cung cấp phải tồn tại cho mỗi hoạt động điện áp trên 1 hội đồng quản trị. Điều này cĩ thể cĩ nghĩa là 1 số của khác nhau- ent điện áp cho logic, thơng tin liên lạc, màn hình, và khác chức năng. Đối với mỗi điện áp tạo ra, các thiết kế er phải xác định các trường hợp xấu nhất hiện tại tiêu thụ của các hệ thống. Số của vật tư và của họ cơng suất xác định các năng cung cấp thiết kế.
3.1.1 PIN A
chính ứng dụng của thấp điện áp thiết bị trong nhúng hệ thống là trong di động hệ thống mà yêu cầu pin Giấy phép hoạt động, ation. Các loại của pin các thiết kế chọn ảnh hưởng đến các năng cung cấp thiết kế. Pin là đặc trưng bởi hai chung xả đường cong. Alkaline pin cĩ 1 liên tục giảm điện áp đầu ra (Hình 3-1a). Ni- Cad pin (Như cũng như Nickel-Hydride, Lithium và những loại khác) cĩ 1 tương đối khơng đổi điện áp thơng qua các đa số của của họ cuộc sống (Hình 3-1b). Nội bộ hĩa chất phản ứng và các số của tế bào trong mỗi pin xác định các đầu ra điện áp.
Noise tạo ra bởi thiết bị là 1 liên quan cho tất cả hệ thống thiết kế. Các hiệu ứng của tiếng ồn: vượt qua, undershoot, mặt đất trả lại, vv, là 1 chức năng của dV / dt. Trên thấp điện áp thiết bị, dV / dt là thấp hơn. Điều này là thảo luận trong hơn chi tiết trong 1 sau phần. Giảm tiếng ồn chi- tion bởi thấp điện áp hệ thống đơn giản hĩa thiết kế và làm cho cuộc họp tối đa tiếng ồn giới hạn dễ dàng hơn.
(a) (b)
Hình 3-1. Điển hình Pin Xả Curves
pin xả đường cong và điện áp yêu cầu của các hệ thống thành phần xác định liệu điện áp quy định là yêu cầu. A hệ thống sử dụng thành phần với hẹp điện áp thơng số kỹ thuật (3.3V g 10%, cho ex- phong phú) sử dụng Alkaline pin, sẽ yêu cầu 1 điện áp điều chỉnh để dịch các pin đầu ra điện áp để một cái gì đĩ cĩ thể sử dụng bởi các hệ thống. NiCad pin, trên các khác tay, cho 1 ổn định đủ điện áp trên của họ đời mà các thiết kế cĩ thể tránh sử dụng 1 reg- ulator.
các khơng đổi điện áp loại của pin cĩ thể xuất hiện để là các nhất hiệu quả sự lựa chọn, 1 số của oth- er cân bằng tồn tại như vậy như tổng thể năng lực, rechargeabili- ty, nhiệt đợ nhạy cảm, an tồn, khối lượng, trọng lượng và chi phí. Khi quyết định trên 1 pin, các đặc điểm, hoặc kết hợp của các đặc điểm nên là con- sidered. Đối với Ví dụ, 1 ứng dụng cĩ thể yêu cầu maxi- mẹ năng lực, nhưng tối thiểu trọng lượng, do đĩ, cơng suất mỗi đơn vị trọng lượng cĩ thể là các nhất quan trọng kết hợp. Ngồi ra, rechargeability cĩ thể hoặc cĩ thể khơng là quan trọng để các thiết kế. Trung học pin, như vậy như NiCad cĩ thể là sạc, trong khi chính pin như vậy như kiềm cĩ thể khơng.
3.1.2 Quy chế Điện áp
điều chỉnh cĩ thể là yêu cầu trong hệ thống đâu pin đầu ra điện áp và hệ thống VCC yêu cầu làm khơng phù hợp. Đối với Ví dụ, ba Alkaline AA đập- tệ sẽ xả từ về 4.5V để về 2.7V trên của họ suốt đời. A thiết bị quy định cho hoạt động từ 3V để 3.6V sẽ yêu cầu này cung cấp để là quy định. Volt- tuổi quy định hệ thống cĩ các lợi thế của cĩ 1 ổn định, khơng đổi VCC cho các cuộc sống của các pin. Các bất lợi bao gồm thêm hội đồng quản trị khơng gian cần thiết cho các điều chỉnh (s) và giảm pin cuộc sống do để điều chỉnh hiệu quả thiệt hại. Hầu hết các điều chỉnh hiệu quả chạy từ các giữa-80 % để thấp-90 % phạm
vi. thấp năng thiết kế, điện áp quy định là thường mỗi hình thành với xung bỏ qua quản lý, hiện chế độ xung chiều rộng bộ điều biến (PWM của) hoặc chế độ điện áp PWM là. Mỗi của các phương pháp cĩ nhất định lợi thế và bất lợi. Quan trọng điều chỉnh đặc điểm bao gồm đầu ra gợn sĩng biên độ và tần số, efficien- cy, yên hiện tại,
thống qua phản ứng và vật lý kích thước yêu cầu. Cá nhân thiết kế sẽ cĩ khác nhau yêu cầu, và các các vấn đề nên là xem xét khi thiết kế các hệ thống năng cung cấp.
3.1.3 TÍNH HỆ THỐNG ĐIỆN TIÊU THỤ
Khi thiết kế 1 hệ thống năng cung cấp, nĩ là quan trọng để hiểu hệ thống hiện tại yêu cầu. Biết các trường hợp xấu nhất hiện tại tiêu thụ cho phép các thiết kế để chọn các điện áp quy định phương pháp, ước tính sys- tem pin cuộc sống và xác định hệ thống bao bì lại quirements (Nhiệt tản, vv).
yếu tố xác định tổng số hệ thống hiện hành. Thiết bị hiện tại, rời rạc thành phần hiện tại, và rị rỉ hiện- thuê là tất cả yếu tố. Các chung cơng thức cho hiện tại tiêu thụ,I là:
Phương trình 3.1: Ie V # C # f e C # dV / dt Trong đĩ: V e điện áp,
C e điện dung,
và f e fre- thấy tần suất.
Điều này cơng thức phải là sử dụng cho tất cả thành phần trong các hệ thống để ước tính hiện tại tiêu thụ. Các hạn "Ước tính" là sử dụng bởi vì, cho đến khi các thiết kế là hồn thành, chế tạo, và kiểm tra, cĩ là khơng cách để biết các chính xác hiện tại tiêu thụ. Thực tế hiện tại sẽ phụ thuộc trên các cách các phần mềm điều khiển các cứng đồ trong các hệ thống, nhiệt đợ và khác yếu tố. Để ước tính hiện tại tiêu thụ, một số giả định là yêu cầu để giữ các tính tốn từ trở thành quá chi tiết. Các khác nhau đĩng gĩp để hệ thống hiện tại tiêu thụ là chi tiết trong các sau phần.
3.1.3.1 Thiết bị Hiện tại
Cĩ là hai các bộ phận để thiết bị hiện tại tiêu thụ: cốt lõi hiện tại và I / O hiện hành. Cốt lõi hiện tại là thường 1 lớn tỷ lệ phần trăm của các tổng số thiết bị hiện hành. I / O hiện- thuê là 1 nhỏ hơn tỷ lệ phần trăm, nhưng vẫn cịn 1 chính contrib- utor để tổng số hệ thống hiện hành.
Lõi hiện tại là các hiện tại tiêu thụ bởi nội bộ tran- sistors chuyển đổi và các sạc và xả của nội bộ điện dung. ln này tình hình, V trong Phương trình 3,1 là như nhau để VCC. Tất cả của các nội bộ các nút chuyển đổi giữa VCC và mặt đất. Các tần số hạn là các thiết bị hoạt động tần số. Các Điện dung hạn, hơi hơn phức tạp, là 1 tương đương điện dung kế tốn cho tất cả nội bộ nút và theo dõi điện dung. Để xác định này giá trị, ICC là đo tại 1 được biết đến tần số và điện áp với đầu ra chân khơng hoạt động, Equa- tion 3,2 là sau đĩ giải quyết cho các tương đương điện dung
(phương trình 3.3). Điều này giá trị áp dụng để tất cả hoạt động fre- quencies. phương trình 3.2: Icore e VCC #Ceq #f
I / O hiện tại là các hiện tại tiêu thụ bởi kết quả đầu ra switch- ing. Để xác định I / O hiện tại, V trong Phương trình 1 là các điện áp lung lay của các đầu ra, VCC trong 1 bình thường, CMOS hệ thống. Các điện dung hạn là các tổng hợp của tất cả đầu vào điện dung của thiết bị kết nối để các đầu ra thêm các điện dung của các PCB theo dõi (Khoảng 2 pF / in.). Các tần số hạn là các chuyển đổi tần số của các đầu ra, khơng nhất thiết các hoạt động tần số của các hệ thống. Các tần số hạn cĩ thể là xác định bởi ap- proximating làm thế nào thường 1 đầu ra thiết bị chuyển mạch trong khi 1 riêng thời gian thời gian. Các đo của thời gian trong 1 em- nhúng hệ thống là thường 1 bộ vi xử lý xe buýt chu kỳ. Sử dụng các 80C186 nhúng bộ vi xử lý như 1 Ví dụ, các ma- Jor đĩng gĩp để I / O hiện tại là các Địa chỉ / dữ liệu xe buýt, RDÝ, WRÝ và ALE kết quả đầu ra. Tùy thuộc trên các ứng dụng, khác kết quả đầu ra cĩ thể chuyển đổi thường xuyên đủ để là bao gồm trong hiện tại tính tốn. Những tín hiệu là sử dụng như 1 đơn giản ví
dụ. của các ghép Địa chỉ / dữ liệu xe buýt trên 186
thiết bị, dữ liệu là bằng văn bản và đọc trên các như nhau chân mà lái xe địa chỉ thơng tin. Vì vậy, đọc và viết chu kỳ cần để là điều trị riêng biệt. An phân tích của xe buýt chu kỳ cho 1 điển hình ứng dụng chỉ ra mà về 80 % là đọc chu kỳ (Dữ liệu đọc và hướng dẫn fetches) và các cịn lại 20 % là viết chu kỳ. Phương trình 3,4 đại diện các Địa chỉ / dữ liệu xe buýt hiện tại cho 1 viết chu kỳ. Phương trình 3.4: Iwrite e (V # C #f) #(1/n) #(x a y)
trong đĩ: V e VCC
C e Tải điện dung mỗi pin f e xử lý hoạt động tần số n e Số của đồng hồ mỗi xe buýt chu kỳ (4 tại khơng
chờ đợi tiểu bang)
x e Số của chân chuyển đổi trong khi các quảng cáo- ăn mặc giai đoạn y e Số của chân chuyển đổi trong khi các dữ liệu giai đoạn
Bởi vì của các ngẫu nhiên thiên nhiên của dữ liệu là read/writ- mười, nĩ là 1 hợp lý giả định mà khoảng 1/2 của các Địa chỉ / dữ liệu chân sẽ chuyển đổi trong khi mỗi giai đoạn của các xe buýt chu kỳ (Địa chỉ và dữ liệu). Đối với 1 đọc chu kỳ, các phương trình sẽ là giống hệt nhau, với y e 0, như thể hiện trong Phương trình 3.5.
Phương trình 3.5: :Iread e (V #C # f) #(1/n) #(x)
kiểm sốt tín hiệu: RDÝ, WRÝ và ALE là lái xe trong khi mỗi xe buýt chu kỳ. Phương trình 3,6 chương trình các hiện tại cho các kết hợp kiểm sốt tín hiệu. Mỗi của các tín hiệu chuyển đổi hai lần trong khi 1 xe buýt chu kỳ, một lần để đi hoạt động và một lần để đi khơng hoạt đợng hoặc ngược lại.
Phương trình 3.6: Icontrol e (V #C # f) #(1/n) #(x)Ve
VCC C e Tải điện dung trên các kiểm sốt tín hiệu pin f e xử lý hoạt động tần số
n e Số của đồng hồ mỗi xe buýt chu kỳ (4 tại khơng chờ đợi tiểu bang)
x e Số của lần các kiểm sốt tín hiệu thiết bị chuyển mạch trong khi 1 xe buýt chu kỳ ALE: X e 2
Tổng số I / O hiện tại, Phương trình 3.7, là tính bởi add- ing phương trình 3.4, 3,5 và 3.6.
Phương trình 3.7: I/Ocurrent e Iread #(0.8) a Iwrite
# (0.2) a Icontrol Các 0,8 và 0,2 yếu tố đến từ các tỷ lệ phần trăm của đọc và viết xe buýt chu kỳ trong 1 điển hình hệ thống. A tương tự phân tích là yêu cầu cho tất cả thiết bị trong 1 hệ thống. Các hệ thống bộ vi xử lý sẽ thường là các nhất khĩ khăn. Một khi này là thực hiện, nhiều của các xấp xỉ thực hiện áp dụng để tính tốn cho các phần cịn lại của các hệ thống.
3.1.3.2 Rời rạc Thành phần Hiện tại
Hiện tại tiêu thụ bởi rời rạc thành phần phải cũng là yếu tố trong tổng số hệ thống hiện hành. Hiện tại tiêu thụ bởi sự nhở cỏ hoặc kéo xuống điện trở, điện áp ngăn, bĩng bán dẫn hoặc khác rời rạc thành phần phải là trong cluded. Những là tương đối đơn giản calcula- chức, và làm khơng yêu cầu xây dựng.
3.1.3.3 Rị rỉ Hiện tại
Rị rỉ dịng từ thiết bị là thường rất nhỏ và cĩ thể thường là bỏ qua khi tính hệ thống hiện tại tiêu thụ. Khi 1 CMOS thiết bị là trong 1 tĩnh điều kiện, tất cả p và n bĩng bán dẫn trong các thiết bị nên cĩ của họ cửa lái xe để VCC hoặc Mặt đất, turn- ing chúng trên hoặc off. Các tương đương sức đề kháng của một
off'''' bĩng bán dẫn là khoảng 5 MX, các tương đương sức đề kháng của 1 "Trên" bĩng bán dẫn là thường ít hơn
100X. Một số hiện tại dịng chảy thơng qua này điện trở con đường để mặt đất. Thơng thường, này số lượng sẽ là trong các mA phạm vi.
rị rỉ hiện tại cĩ thể trở thành hơn đáng kể. Nếu 1 de- Phĩ là chạy tại 1 cho VCC, cĩ cĩ thể là tình huống đâu 1 đầu vào là khơng lái xe đĩng để VCC. Các p và n bĩng bán dẫn của các thiết bị đầu vào bộ đệm sẽ khơng là com-4 pletely quay trên hoặc off. Điều này làm giảm các tương đương lại sistance thơng qua các bĩng bán dẫn để mặt đất. Trên một số thiết bị (AC logic, như 1 ví dụ), tại VIN e VCC b
2.1V, các thiết bị cĩ thể ăn như nhiều như 1,5 mA Ngoài- tional hiện tại mỗi đầu vào pin. Thơng thường, này giá trị là từ 100 mA để 200 mA mỗi đầu vào, nhưng vẫn cịn đo lường được. Điều này bổ sung hiện tại tồn tại trừ khi các đầu vào để các thiết bị là lái xe đĩng để VCC. Hầu hết các Logic dữ liệu tờ danh sách này đặc điểm kỹ thuật như DICC, cho như 1 tối đa hiện tại mỗi đầu vào pin với các đầu vào tại VCC b 2.1V.
3.1.4 Tĩm tắt: TÍNH ĐIỆN TIÊU THỤ
Đối với 1 hồn thành hệ thống thiết kế, tổng số hệ thống hiện tại con- sự chứa nước phải là tính tốn. Điều này phân tích xác định năng cung cấp thiết kế, sản phẩm bao bì và pin cuộc sống. Mặc dù 1 chính xác tính cĩ thể khơng là cĩ thể
(hoặc thực tế), 1 trường hợp xấu nhất phân tích với hợp lý ap- proximations cho phép 1 đáng tin cậy hệ thống thiết kế
Hệ thống Thiết kế Một của các khĩ khăn trong thiết kế 1 thấp điện áp hệ thống là sản phẩm sẵn cĩ. Cĩ là 1 lớn số của nhà sản xuất sản xuất thấp điện áp sản phẩm (3V hoặc thấp hơn). Nhúng bộ vi xử lý, như các Intel 80L186EA, EB và EC cĩ được cĩ sẵn tại 3V cho một số thời gian. Bộ nhớ và Logic là cũng rộng rãi cĩ sẵn. Một số pe- ripheral thành phần là vẫn cịn khơng cĩ sẵn tại thấp volt- lứa tuổi. Nhiều của các thành phần yêu cầu thiết kế lại để hoạt động tại thấp điện áp. Cho đến khi các thành phần là lại đặt với thấp điện áp phiên bản, hệ thống yêu cầu của họ chức năng cĩ để sử dụng các 5V phiên bản. Điều này nguyên nhân to lớn đau đầu cho hệ thống thiết kế. Sys- tem chi phí, phức tạp và năng tiêu thụ tất cả bị do để các thiếu của 1 hồn thành lựa chọn của thấp điện áp thiết bị.
3.2.1 Giao diện 3V VÀ 5V
LINH KIỆN Một nơi nào đĩ trong 1 hỗn hợp điện áp thiết kế, các thiết kế phải giao diện 3V và 5V thiết bị. Điều này cĩ thể xảy ra trong
3V để 5V dịch thuật, 5V để 3V dịch thuật, bidirection- al dịch hoặc 3V và 5V thiết bị định cư trên các như nhau hệ thống xe buýt. Như đơn giản như các giao diện cĩ thể dường như, cĩ là vẫn cịn vấn đề để là giải quyết.
3.2.1.1 Giao diện 3V để 5V
Một cách để dịch 1 3V đầu ra để 1 5V CMOS cấp là với ACT / HCT logic. Những các bộ phận chấp nhận 1 TTL cấp đầu vào và cho 1 CMOS đầu ra. Khi hoạt động tại 5V, các các bộ phận xem 1 3V cấp đầu vào các như nhau như họ sẽ xem 1 5V TTL cấp đầu vào. Các đầu ra sẽ là 1
5V CMOS cấp. Điều này là 1 tương đối đơn giản ap- proach, nhưng nĩ khơng cĩ các vấn đề của bổ sung hiện- thuê tiêu thụ (DICC).
JEDEC tiêu chuẩn cho 3.3V kết quả đầu ra là tương thích với TTL đầu vào yêu cầu. Nếu các 5V thiết bị kết nối- ed để các 3V đầu ra đã cĩ TTL tương thích trong